智能开关电器内涵的新发展探讨

HighVoltageApparatus

Vol.46No.5May2010

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智能开关电器内涵的新发展探讨

荣命哲，

王小华，

王建华

（西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049）

摘要：笔者针对智能开关电器内涵的新发展进行论述，指出为顺应智能电网与全球气候环境和中国建设环保节约型社会的要求，智能开关电器的发展方向，并提出智能开关电器内涵由3个要素组成：①开关电器完成基本职能过程中的智能感知、判断与执行功能；②运行过程中开关电器的智能状态监测与寿命评估；③运行过程中对电网和环境的友好，对电网的友好表现在低的操作过电压和电磁骚扰水平，对环境的友好主要表现在SF6替代介质的应用。关键词：开关电器；智能；内涵；新发展中图分类号：TM56

文献标志码：A

文章编号：1001-1609（2010）05-0001-03

DisscussiononNewDevelopmentofConnotationforIntelligentSwitchgear

RONGMing-zhe，WANGXiao-hua，WANGJian-hua

（StateKeyLabofElectricalInsulationandPowerEquipment，SchoolofElectricalEngineering，

）Xi′anJiaotongUniversity，Xi′an，710049，China

Abstract:Inordertocomplywiththedemandofglobalclimateenvironment，smartgridandenergysavingsocietyinChina，thenewdevelopmentsofintelligentcontentswitchingappliancewasdiscussed，andthedirectionofdevelopmentofintelligentswitchingequipmentwaspointedout.Theconnotationofanintelligentswitchgeariscomposedofthreeelements：①functionsofintelligentsense，judgmentandoperationwhenswitchgearrealizesitsbasicfunction；②intelligentconditionmonitoringandlifeestimationduringoperationofswitchgear；③beingfriendlytogridandenvironmentduringoperationprocess.Beingfriendlytogridmeansthattheintelligentswitchgearhasloweroperationover-voltageandelectromagneticinterference，andbeingfriendlytoenvironmentmeanstheapplicationofsubstitutedielectricSF6.

Keywords:switchgear；intelligent；connotation；newdevelopment

0引言

随着电网和电器理论与技术的发展，对传统开

笔者针对智能开关电器内涵的新发展进行论述，指出为顺应智能电网与全球气候环境和中国建设环保节约型社会的要求，智能开关电器的发展方向。

关电器提出了新的要求，智能开关电器应运而生。文[1-3]提出了智能开关电器的概念，即智能开关电器具备完善、准确的感知功能和自诊断功能，可以根据电力系统的故障类型和自身的状况，实时地执行有效的柔性操作，相关工作引领了中国开展电器智能化理论与关键技术的研究。随着中国智能电网论证与规划工作的开展，以及国内外对全球气候变化的关注，特别是2009年12月7日在丹麦首府哥本哈根举行的全球气候大会，全球瞩目。因此，为适应新形势，智能开关电器的内涵也有新的发展。

1智能开关电器内涵的新发展

智能开关电器的内涵主要包括3个方面：①开

关电器完成基本职能过程中的智能感知、判断与执行功能；②运行过程中开关电器的智能状态监测与寿命评估；③运行过程中对电网和环境的友好。

1.1智能感知、判断与执行

智能感知、判断与执行功能的实现，需要借助于

传感器技术、信息处理技术与控制技术的融合。

1.1.1

收稿日期：2009-12-10；

及技术。

修回日期：2010-02-02

智能感知

开关电器的智能感知模块包含对电网的电压、

作者简介：荣命哲（1963—），男，教授，博导，长江学者特聘教授，研究方向为电弧物理与电接触理论、电器设备智能化理论

!!!!!!!!!\"智能电网与设备

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May2010HighVoltageApparatusVol.46No.5

电流信号的感知。电网电压、电流信号中蕴涵着丰富的诸如电流/电压幅值、相位等信息。在不同的短路电流条件（如近区故障、端子短路故障、切空载长线等）下，智能感知模块都能通过电压/电流信号区分并判断，通过执行模块控制开关电器动作，从而安全、可靠地完成操作过程。

图1为开关电器开断时介质恢复电压与暂态恢复电压特性曲线图。Ud为介质恢复电压特性曲线，Utr1和Utr2为弧隙上暂态恢复电压特性曲线。Ud与Utr2配合，电弧不会重燃，而Ud与Utr1配合，电弧则可能重燃。通过对端子短路故障、近区故障等故障条件下的开断过程进行研究[4]，将开断性能与触头运动特性相联系，揭示开断电流、燃弧时间等与触头运动特性的相互关系，获得不同电路条件下的优化开断速度，并通过对操动过程的优化控制，实现动触头从一个位置到另一个位置的自适应的转换，从而达到操作机构和灭弧室的良好配合。

图1

介质恢复电压与暂态恢复电压特性曲线图

1.1.2智能判断与执行

开关电器的智能判断与执行功能的实现，建立

在智能感知的基础之上。通过智能感知获得暂态恢复电压特性曲线，并与开关电器触头动作相配合，可实现开关电器的智能操作，从而实现开关电器操作过程的高可靠性、低操作过电压。

图2为高压开关电器智能操作原理框图，图2中的操动机构可为永磁或斥力操动机构。图3为斥力机构原理图。图3中斥力机构线圈通电后，斥力盘因涡流斥力快速动作实现开关电器的操作。通过对流过斥力机构线圈的电流进行智能调控，可以实现不同的开关电器动作特性，从而实现智能操作。

低压电器智能操作的实现可通过永磁操作机构[5-6]和斥力分闸操作机构[7]实现。图4为斥力分闸永磁操作机构工作原理图。图4中，串联线圈和静铁心构成U型螺线管，根据永久磁铁和螺线管线圈的相互作用原理，分闸时向螺线管线圈通反向电流，螺线管和永久磁铁因磁极同性在一定条件下而

图2

高压开关电器智能操作原理框图

图3斥力机构原理图

产生出电磁斥力。通过对电磁斥力的调控，可达到提高触头分闸速度、降低触头材料损耗的目的；在分闸末期时，工作气隙达到最大，电磁力降到最低，

机械碰撞强度也达到最小，从而提高了操作机构的可靠性。

Φm1—永久磁铁产生的磁通；Φm2—线圈电流产生的磁通。

图4

斥力分闸永磁操作机构工作原理图

1.2状态监测与寿命评估

智能开关电器要能实时监测并评估设备本身

的运行状态、劣化趋势、寿命等信息。智能开关电器的状态监测与寿命评估包括状态感知、故障诊断、寿命评估3个层次。

状态感知功能可实现智能开关电器各种状态信息的现场提取，如断路器位置信息，动触头行程曲线、分合闸振动、脱扣回路、储能回路等机械状态

2010年05月第46卷第5期